[发明专利]光学处理系统

说明书

一种将多个独立光学相关器并入一个系统中的方法。就“独立光学相关器”而言，我们意指包括输入SLM、滤波器SLM和相机的光学相关器，其与适当的相干照明和傅里叶变换透镜组合。就“一个系统”而言，我们意指多次利用每个独立相关器的元件的单个光学系统。

技术领域

本发明涉及光学处理。本发明的某些实施例涉及基于光学相关的处理系统和光学模式识别系统。

背景技术

在诸如光学相关器之类的相干处理系统中，激光或其他相干源通常被采用以通过一个或多个空间光调制器(SLM)设备以相位或振幅而被调制，或以相位和振幅的组合而被调制。这些通常包括液晶设备，但也可以是微镜微机电(MEMs)设备。光学相关器设备通常用作光学模式识别系统，诸如EP1546838(WO2004/029746)和EP1420322(W099/31563)中描述的系统。在4f匹配滤波器或联合变换相关器(JTC)系统中，用函数来对SLM设备寻址，所述函数通常基于要“匹配”到输入函数的参考函数/模式的傅里叶变换表示来表示输入或参考模式(其可以是图像)和/或滤波器模式。

诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)或电荷耦合设备(CCD)传感器的相机通常位于光学系统的输出平面中以捕获所得到的光学强度分布，在光学相关器系统的情况下，所述光学强度分布可以包含标示输入和参考函数的相似性和相对对齐的局部相关强度。

在涉及现有技术和本发明二者的相干光学系统的类型中使用的最常见的函数是光学傅里叶变换(OFT)——将空间或时间分布分解成其频率分量。这类似于由以下等式标示的二维傅里叶变换的纯形式：

其中(x,y)表示空间/时间变量，并且(u,v)是频率变量。

OFT可通过图1中所示的光学系统来实现，其中由空间光调制器2(通常为液晶或机电MEMs阵列)在相位或振幅上调制波长为λ的准直相干光(通常为激光)1。然后经调制的波束穿过焦距为f的正会聚透镜3并聚焦在透镜的后焦平面中，其中诸如CMOS阵列4的检测器被定位成捕获所得到的傅里叶变换的强度。

在光学处理系统中，OFT可以被用作对基于电子/软件的快速傅里叶变换(FFT)族算法的直接替换，提供了在处理时间和分辨率方面的显著优势。该过程可以用作各种功能的基础。本申请中主要关注的函数是光学相关(在模式识别、比较或分析中使用)。

两个或更多个函数之间的相关可以用两种主要方式在光学系统中实现。第一种方式是匹配滤波器过程，其由以下等式标示：

r(x，y)*g(x，y)＝FT[R(u，v)^*×G(u，v)] (2)

其中大写函数表示它们的小写等同物的傅里叶变换；“*”指示相邻函数的复共轭，并且“*”表示相关函数。

实现相关的第二种方式是使用联合变换相关过程，诸如EP1546838(WO2004/029746)中描述的1/f JTC。

在每种情况下，相关性被形成为两个函数的乘积的逆傅里叶变换，这两个函数本身已经被傅里叶变换。

图2示出“4f”光学系统，其可以用于实现匹配滤波器或派生过程。图2示出了由SLM像素阵列6调制并且然后透射通过透镜7并聚焦在第二SLM像素阵列8上的波长为λ的准直相干光5，从而在第二SLM 8的像素处形成在第一SLM上显示的函数的OFT。然后通过透镜9对所得的光学矩阵乘法进行逆傅里叶变换，并且在检测器阵列10(其可以是相机)处捕获结果。

对于匹配滤波过程，由第一SLM 6的像素显示的模式将是“输入场景”g(x,y)，并且在第二SLM 8上显示的模式将表示参考函数r(x,y)的傅里叶变换的版本。例如，“输入场景”或输入数据可以是特定个体的要针对参考图像或一系列图像，诸如各种疾病的DNA数据，进行匹配的DNA数据。由检测器阵列10捕获的输出数据突出了正被匹配的两组DNA数据之间的匹配，包括匹配和对齐的水平。